科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究课堂实录【3】

《授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究》-教学设计

广州市第二外国语学校

薛艳芳

一、设计思路

《课标》提出教学需要全面提高学生生命观念、科学探究、科学思维、社会责任的核心素养。本节课的设计思路为：科学研究背景—实验思路设计—通道蛋白结构展示—通道蛋白功能推测—科学研究的学科融合启示。通过问题设置、实验设计等方式，让学生体验科学家在科学研究过程中的研究思路以及科学思维；通过对通道蛋白结构的认识，推导通道蛋白的功能以及通道蛋白对生命活动的重要功能；最后以薛定谔名言指出当今科学研究将以跨学科融合的研究方向。

二、教学目标

1、通过对通道蛋白的研究历程与通道蛋白生理功能的学习，让学生形成生物体结构与功能相适应，以及细胞的生存需要与外界环境进行物质交换的观念；

2、通过对科学家研究通道蛋白研究历程的学习以及实验设计的思考，提升学生的实验探究与设计的能力；

3、以寻找通道蛋白的科学实验设计为材料，通过问题思考，提升学生深度科学思维的能力；

4、以诺贝尔化学奖授予生物学家为背景，并以物理学家薛定谔名言指出，当今的科学研究走向了学科融合，鼓励学生提升综合素质，投身科学研究。

三、教学重难点

1、教学重点：通道蛋白功能与结构相适应的特点。

2、教学难点：通道蛋白研究中的实验设计思路。

四、教学过程

教学环节

教学导入

教师活动

1、介绍2003年诺贝尔奖授予美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别表彰他们发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献的材料。

2、提问：①、为什么脂溶性物质能直接通过脂双层膜？为什么气体分子、水分子也能通过脂双层膜？②、科学家还观察到，水分子通过细胞膜的速度远大于通过脂双层膜的速度，如何解释这种现象？

3、展示资料：阿格雷博士从血红细胞膜提纯Rh蛋白过程中，总是提取到某种特定分子量的“未知蛋白”。后来还发现这种“未知蛋白”大量分布在肾小管等细胞的细胞膜中。阿格雷博士高度怀疑这种“未知蛋白”就是人们一直推测中的水通道蛋白。

学生活动

1、阅读材料，思考通道蛋白对物质的跨膜运输起到了怎样的作用。

2、思考问题，并小组讨论。小组代表回答问题。

设计意图

联系学生已有的知识，为新知识的学习起到铺垫的作用。

实验探究

3、阅读资料，并小组讨论。小组代表回答问题。

体验科学家的科学研究过程，同时提升学生实验探究能力与科学思维能力。

让学生思考：请你应用以下材料设计实验，证明这种“未知蛋白”就是细胞膜上的水通道蛋白。

材料：蛙卵细胞、未知蛋白的mRNA、纯水、汞离子（可以堵塞通道）

知识讲解

4、展示水通道蛋白的结构图，并讲解水通道蛋白的结构特点。

让学生思考：通道蛋白为什么有选择性？换言之，为什么水通道只允许水分子通过，而葡萄糖分子、各种离子等却无法通过？

5、展示离子通道蛋白的结构图，并介绍常见的离子通道。让学生思考：物质通过通道蛋白进行物质跨膜运输，属于主动运输还是协助扩散？理由是什么？通道蛋白与载体蛋白有何关系？

6、讲解通道蛋白与各种生命活动实现的相关性，从而让学生了解通道蛋白的重要意义。

4、小组讨论，小组代表回答问题。

5、小组讨论，小组代表回答问题。

6、查询相关资料，并聆听老师讲解。并小组讨论其它与通道蛋白相关的生命活动。

通过讨论，让学生深入了解生物体结构与功能相适应的观点

课堂升华

7、提出问题：为什么这些年来，诺7、小组讨论，小组代贝尔的化学奖总是颁发给生物学家表回答问题。

呢？以“为什么人的大脑具有复杂

的记忆、情感、语言功能？”为例，讲解对这个问题的解答需要从宏观角度以及从微观分子角度进行研究。

8、最后，引用著名物理学家薛定谔在《生命是什么—活细胞的物理学观》书中一段话告知学生：生命世界是如此复杂，寻求生命的本质还需要在物理与化学上得到答案。未来的科学研究方向将走向学科融合，对生命本质的探索将会吸引更多的各学科精英一起加入！

以诺贝尔化学奖授予生物学家的现象为材料，指出当今科学研究将走向跨学科融合的方向。

五、教学反思

通道蛋白是细胞跨膜运输中极为重要的蛋白质，与协助扩散、主动运输等方式相关。而水通道蛋白的发现与研究的历程极其有趣，适合做为提升学生实验设计能力与科学思维能力的教学素材。因此，本节课以阿格雷博士对水通道蛋白的研究过程为教学素材，让学生充分讨论，并设计实验去证明水通道蛋白的存在。另一方面，本节课通过介绍通道蛋白的结果特点，让学生体会功能与结构相适应的生物学观念。

本节课的最后，提出了为什么诺贝尔化学奖会授予生物学家，指出了当今的科学研究将

走向跨学科的融合，期待学生能综合性的运用各学科的知识与方法，才能更好的解决科学问题。